Das patentierte Bolt-Check-System von R&D A/S bietet direkte Messung der Bolzen-Vorspannung und Bolzen-Rückverfolgbarkeit für Windkraftanlagen

Je präziser die Vorspannung von Bolzenverbindungen gemessen werden kann, desto sicherer und zuverlässiger kann eine Windkraftanlage arbeiten. Die Vorspannung muss bei der Fertigung wie auch bei der Wartung einer Anlage korrekt ermittelt werden können. Dies minimiert das Risiko von Ausfallzeiten und Reparaturkosten. 

Deshalb hat R&D A/S aus Dänemark das „Bolt-Check“-System entwickelt. Das System basiert auf dem Prinzip der Ultraschallmessung. Dadurch liefert das System genaue Messwerte und ermöglicht es, die Spannkraft während des gesamten Anzugsvorgangs nachzuverfolgen und die Vorspannkraft ohne Beeinträchtigung der Verbindungssteifigkeit zu bestimmen. Die patentierte Bolt-Check-Lösung wurde kürzlich durch den anspruchsvollen, unabhängigen Zertifizierungsprozess der DNV – GL (Det Norske Veritas, die dem Deutschen Institut für Normung vergleichbar ist) für die Überprüfung der Bolzenvorspannung zugelassen. Das System kann einzelne Bolzen über ihre gesamte Lebensdauer digital verfolgen. Jeder Bolzen kann somit kontinuierlich unter einer optimalen Vorspannung gehalten werden. 

Obwohl für die Sicherheit und Produktzuverlässigkeit unerlässlich, ist die korrekte Bolzenvorspannung mit den herkömmlichen Drehmoment- und Spannmethoden schwer zu erreichen. Und da Windturbinen immer größer werden, ist es wichtiger denn je, die Beschaffenheit der Bolzenverbindungen in diesen Strukturen zu erhalten, um höheren Flieh- und Biegekräften sowie Spannungen und Vibrationen standzuhalten. 

Eine Windturbine besteht aus Tausenden von Bolzen unterschiedlicher Größe, die die Strukturen zusammenhalten. Eine korrekte Vorspannung ist daher von entscheidender Bedeutung, da ein einziger lockerer Bolzen einen Dominoeffekt auslösen kann, der im schlimmsten Fall zum Ausfall der gesamten Turbine führen kann. 

Kein Lösen t der Bolzen zur Feststellung der Spannung notwendig 

Ein Bolzen verlängert sich unter Spannung. Das von R&D entwickelte Bolt-Check-System misst die Länge der Bolzen, die sich durch unter Last ergibt. Eine Software berechnet die daraus die genaue Spannkraft. In der Montage kann man die Daten live auf dem Bildschirm beobachten und überwachen, dass die gewünschte Spannung erreicht ist. Einmal im Betrieb ist die Messung der Bolzenvorspannung in der Windturbine möglich, ohne dass die Bolzen gelöst werden müssen. Dies liegt daran, dass das System Ultraschall- und mechanische Längenmessungen sowie Informationen über die Materialeigenschaften der Schraubencharge verarbeitet. Durch die Kombination dieser drei Werte ist es möglich, die tatsächliche Vorspannkraft zu messen und zu berechnen.  

Diese Art der Messung ist neu und wurde patentiert. Um die Länge der Bolzen durch Ultraschall alleine zu berechnen wird die Referenz-Länge vor der Vorspannung benötigt.  

Die Herausforderung bestand darin, bestehende Bolzenverbindungen zu bewerten, bei denen die Bolzen alle angezogen sind. Um die genaue Spannkraft zu ermitteln, mussten bislang die Bolzen als Teil des Prozesses gelockert werden. Dies war zeitaufwendig und in einigen Fällen erforderten die Spezifikationen den Austausch von Bolzen, nachdem diese gelockert waren. 

Die Entwickler von R&D setzten nun alles daran, einen Weg zu finden, die bereits auf einen Bolzen wirkende Spannung „vor Ort“ zu berechnen, ohne alle Bolzen lösen zu müssen. Die Methode basiert auf der Kombination einer Ultraschall-Längenmessung mit einer mechanischen Messung unter Verwendung eines maßgeschneiderten Werkzeugs mit Mikrolehre und Ultraschallmessung. 

Nach einer Kalibrierung des Systems durch Messung einiger identischer, aber ungespannter Bolzen ist es möglich, die tatsächliche Vorspannkraft an den bereits vorgespannten Bolzen mit einer Genauigkeit von über 95 Prozent zu berechnen, wo konventionelle Mess-Systeme mit einer Fehlertoleranz von bis zu 30 Prozent zu kämpfen haben. 

Entscheidend für die Genauigkeit des Bolt-Check-Systems ist die Sortierung der Bolzen in Chargen, die die gleichen Materialeigenschaften aufweisen. Bolzen können aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden wie Eisen und verschiedene Stahlsorten. 

Das Material der Bolzen und ihre Elastizität beeinflusst die Schallgeschwindigkeit, die bei der Ultraschallmessung erfasst wird. Die Berechnung basiert auf dem Unterschied, der zwischen der Ultraschalllänge und der physikalischen Länge der angezogenen Bolzen entsteht. 

Mit einer Fehlertoleranz von unter 5 Prozent bietet das Bolt-Check-System einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Drehmoment- und Spannungsmethoden, bei denen die Fehlertoleranz bis zu 30 Prozent betragen kann. Im Vergleich zu bestehenden Messlösungen kann Bolt-Check zu einem Bruchteil des Preises implementiert und direkt an Standardbolzen eingesetzt werden.  

"Uns war das aufgefallen, dass unsere Ingenieure oft zur Ursachenanalyse im Zusammenhang mit verlorenen oder gebrochenen Bolzen in Windturbinen gerufen wurden. Wir fingen an, dieses Problem zu analysieren und fanden heraus, dass die Klemmkraft, die durch angewandtes Drehmoment oder Zug erreicht wurde, oft nicht ausreichend war. Also beschlossen wir, eine Lösung für dieses Problem zu finden, und so wurde Bolt-Check entwickelt", sagt Søren Schmidt Kellenberger, Sales Director, Technology & Solutions, R&D A/S.  

"Das Bolt-Check-System ist nicht nur akkurat, sondern auch preislich konkurrenzfähig im Vergleich zu anderen sensorbasierten Systemen. Die Vorteile für die Windturbinenindustrie sind weit reichend: Sie umfassen reduzierte Installations- und Wartungskosten und natürlich geringere Kosten für Einsätze und Ausfallzeiten, die insbesondere im Offshore-Bereich erheblich sein können. Das verringerte Risiko eines Gesamtausfalls der Windturbine bietet den Herstellern letztendlich mehr Sicherheit", fügt Kellenberger hinzu.